A maioría dos robots conseguen captación e detección táctil a través de medios motorizados, que poden ser excesivamente voluminosos e ríxidos. Un grupo da Universidade de Cornell deseñou un xeito de que un robot brando sinta o seu entorno internamente, do mesmo xeito que o fan os humanos.
Un grupo liderado por Robert Shepherd, profesor asistente de enxeñería mecánica e aeroespacial e investigador principal de Laboratorio de Robótica Orgánica, publicou un artigo que describe como as guías de ondas ópticas elásticas actúan como sensores de curvatura, elongación e forza nunha man robótica suave.
O estudante de doutoramento Huichan Zhao é o autor principal de "Mano protésica suave inervada optoelectrónicamente mediante guías de ondas ópticas elásticas”, que aparece na edición de debut de Science Robotics. O artigo publicado o 6 de decembro; Tamén contribuíron os estudantes de doutoramento Kevin O'Brien e Shuo Li, ambos do laboratorio de Shepherd.
"A maioría dos robots hoxe teñen sensores no exterior do corpo que detectan cousas desde a superficie", dixo Zhao. "Os nosos sensores están integrados no corpo, polo que poden detectar forzas que se transmiten a través do grosor do robot, como nós e todos os organismos facemos cando sentimos dor, por exemplo".
As guías de ondas ópticas usáronse desde principios dos anos 1970 para numerosas funcións de detección, incluíndo táctil, posición e acústica. A fabricación foi orixinalmente un proceso complicado, pero a chegada nos últimos 20 anos da litografía suave e a impresión en 3D levou ao desenvolvemento de sensores elastoméricos que se producen facilmente e se incorporan a unha aplicación robótica branda.
O grupo de Shepherd empregou un proceso de litografía suave de catro pasos para producir o núcleo (a través do cal se propaga a luz) e o revestimento (superficie exterior da guía de ondas), que tamén alberga o LED (diodo emisor de luz) e o fotodiodo.
Canto máis se deforma a man protésica, máis luz se perde polo núcleo. Esa perda variable de luz, tal e como detecta o fotodiodo, é o que permite que a prótese "detecte" o seu contorno.
"Se non se perdese luz cando dobramos a prótese, non obteriamos información sobre o estado do sensor", dixo Shepherd. "A cantidade da perda depende de como se dobra".
O grupo utilizou a súa prótese optoelectrónica para realizar unha variedade de tarefas, incluíndo agarrar e sondar tanto a forma como a textura. O máis notable é que a man puido escanear tres tomates e determinar, por suavidade, cal era o máis maduro.
Zhao dixo que esta tecnoloxía ten moitos usos potenciais máis aló das próteses, incluíndo robots de inspiración biolóxica, que Shepherd explorou xunto con Mason Peck, profesor asociado de enxeñería mecánica e aeroespacial, para o seu uso na exploración espacial.
"Ese proxecto non ten retroalimentación sensorial", dixo Shepherd, en referencia á colaboración con Peck, "pero se tivésemos sensores, poderiamos controlar en tempo real o cambio de forma durante a combustión [a través da electrólise da auga] e desenvolver mellores secuencias de actuación para móvese máis rápido".
Os traballos futuros sobre guías de ondas ópticas en robótica branda centraranse no aumento das capacidades sensoriais, en parte mediante a impresión en 3-D de formas de sensores máis complexas e incorporando a aprendizaxe automática como forma de desacoplar sinais dun maior número de sensores. "Neste momento", dixo Shepherd, "é difícil localizar de onde vén un toque".
Este traballo foi apoiado por unha subvención da Oficina de Investigación Científica da Forza Aérea e fixo uso do Instalación de Ciencia e Tecnoloxía de NanoScale de Cornell eo Centro de Investigación de Materiais de Cornell, ambos os cales están apoiados pola National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Universidade de Cornell